入料流量和入料濃度對脫泥特性的影響研究

張盛棟

(陽煤集團一礦選煤廠，山西 陽泉 045000)

引 言

隨著淺部煤層的逐步開采，礦井開采的深度愈來愈大，從而導致煤洗選難度的提高，礦漿中所含的細粒成分提高。在煤炭的洗選工藝中大量采用了重介質旋流器，而該儀器洗選的下限較高，這就導致洗選的質量下降，故煤洗選工藝的難點就體現在細粒煤的分選過程中[1-2]。在粗煤泥回收工藝中，高灰細泥會對分選出的煤泥造成污染，從而降低了煤泥的品質，現在大多數洗煤廠通過脫泥和分選后降灰等方法來減少高灰細泥的影響[3]。其中脫泥指的是將-0.045 mm的細泥脫去。而脫泥效果的好壞直接決定了分選工藝的成敗，在脫泥設備固定的情況下，影響脫泥效果的主要因素包括入料流量和入料濃度，故本文研究這兩個因素對脫泥特性的影響。

1 試驗流程介紹

本次試驗所選擇的設備包括入料泵、入料桶、脫泥池以及定壓箱等，操作流程如圖1所示。

圖1 脫泥試驗流程示意圖

在圖1中，脫泥池是整個分選工藝的核心，現在入料桶中置入一定比例配制的水和煤，通過渣漿泵使之充分均勻混合在一起，然后打開入料閥門，適當調節渣漿泵的攪合頻率，從而使溢流穩定，圖中的定壓箱主要起控制入料穩定的作用。通過入料管料漿可進入脫泥池進行分選，溢流和底流經水管又會返還到入料桶中，料漿行程閉路循環，提前設置時間進行采樣。采樣工作完成后，脫泥池內會余留礦漿，開啟放料管礦漿會自動流入入料桶內部，再開啟放料閥門礦漿就會排走。試驗過程中使用的脫泥池如圖2所示。

圖2 試驗所用脫泥池示意圖

2 煤樣選擇及參數設定

本次試驗所用的煤均為全粒級細粒煤，煤樣中細泥含量高，其篩分結果如第5頁表1所示。煤炭開采過程中產生的其它細粒泥和嚴重泥化的煤矸石等均會產生高灰細泥，高灰細泥在浮選過程中會影響分選的效果，主要體現在如下幾個方面。

1) 高灰細泥會降低分選精煤的品質，而且會延長精煤脫水時間，提高精煤中水分的含量[4-5]。

2) 高灰細泥有較大的比表面積，故其對分選試劑的吸附作用強，這也導致了試劑使用量的提高，加大了分選成本。

3) 精煤附在氣泡上進行分選，同樣高灰細泥也會附在氣泡上，這就降低了精煤和氣泡間的吸附力，降低了分選效果。

因此，通過脫泥可以大幅提高分選的效率，提高分選精煤的質量。

表1 煤泥粒度篩分測試結果統計表

本次主要是通過脫泥試驗來評價入料流量和入料濃度對脫泥特性的影響。在試驗時，設置入料濃度為60 g/L、80 g/L以及100 g/L三個變量，入料流量為1 000 L/h、1 100 L/h以及1 200 L/h三個水平。其中，入料流量由定壓箱遇脫泥池間的高差來決定，故調整二者高差可以實現對入料流量的控制，在本次試驗中，1 000 L/h、1 100 L/h以及1 200 L/h入料流量對應的二者高差分別為80 cm、100 cm以及120 cm。

試驗結束后，我們主要通過粒度、脫去的高灰細泥的濃度以及脫泥效率這三個指標來評定脫泥效果的好壞。

1) 粒度主要指的是分級粒度和通過粒度。試驗中所用的脫泥池就是基于干擾沉降分級原理來進行分級的，分級粒度就是分配率為1/2對應的粒度值；通過粒度反應脫泥工藝中脫去煤粒度的大小，通過粒度越小，表示溢流中進入的粗顆粒較少，通過粒度就是產率為5%對應的粒度值。

2) 脫去的高灰細泥的濃度就是溢流中-0.045 mm的濃度，二者呈現為正相關關系。

3) 脫泥效率反應的是煤樣中-0.045 mm的質量與原煤中-0.045 mm的質量之比。脫泥效率越高，則代表-0.045 mm脫去的越多，分選出的精煤品質越好。

3 試驗結果分析

3.1 入料流量的影響

不同入料流量下粒度變化特征如圖3所示，從圖中可以看出，分級粒度和通過粒度均隨著入料流量的增加而增大，但二者增大的速率不同。高差從80 cm增大到120 cm(入料流量從1 000 L/h增加到1 200 L/h)，通過粒度從0.041 mm線性增加到0.046 mm，而分級粒度從0.02 mm增加到0.026 mm，增大速率先增后減。整體上，隨著入料流量的改變，粒度的改變較小。因此，入料流量對粒度的影響較小。

圖3 不同入料流量下粒度變化示意圖

圖4顯示了不同入料流量下脫去的高灰細泥的濃度變化特征，從圖中可以發現，隨著入料流量的增大，脫去的高灰細泥的濃度逐步減小，也就是溢流中-0.045 mm的濃度在減小，粗顆粒的濃度在增大；高差從80 cm增大到120 cm，脫去的高灰細泥的濃度從95.2%減小到了92.2%。基于脫泥池的工作機理，礦漿速率隨著入料流量的增加而增大，反應了礦漿中顆粒運移的狀態趨于紊亂，顆粒懸浮的動力提高，低密度粗顆粒進入溢流的概率提高。

圖4 不同入料流量下脫去的高灰細泥的濃度變化示意圖

圖5顯示了不同入料流量下的脫泥效率變化特征，從圖中可以發現，隨著入料流量的增加，脫泥效率也在逐步增大，增大速率先快后慢；高差從80 cm增大到120 cm，脫泥效率從50%增大到了56%。試驗過程中脫泥池底流口是固定的，則底流流量也是固定的，入料流量越大，則說明溢流流量越大，從而提高了脫泥效率。

圖5 不同入料流量下脫泥效率變化示意圖

3.2 入料質量濃度的影響

不同入料質量濃度下粒度變化特征如圖6所示，從圖中可以看出，分級粒度和通過粒度均隨著入料濃度的增加而增大，同時二者均幾乎呈線性關系增大。入料質量濃度從60 g/L增大到100 g/L，通過粒度從0.043 mm增加到0.047 mm，而分級粒度從0.031 mm增加到0.034 mm。總體上，入料質量濃度對粒度的影響效果不明顯。

圖6 不同入料濃度下粒度變化示意圖

圖7顯示了不同入料濃度下脫去的高灰細泥的濃度變化特征，從圖中可以發現，隨著入料濃度的增大，溢流中-0.045 mm的濃度幾乎呈線性規律減小；入料質量濃度從60 g/L增大到100 g/L，溢流中-0.045 mm的濃度從95.6%減小到了92.9%，二者差距較小，均在92%以上，這說明入料質量濃度同樣對脫去的高灰細泥的濃度影響效果較小。

圖7 不同入料質量濃度下脫去的高灰細泥的濃度變化示意圖

圖8顯示了不同入料質量濃度下的脫泥效率變化特征，從圖中可以發現，隨著入料濃度的增加，脫泥效率在逐步減小，入料質量濃度從60 g/L增大到80 g/L，脫泥效率減小不明顯；當入料質量濃度從80 g/L增大到100 g/L，脫泥效率減小較快。分析得之，當入料濃度較小時，脫泥池內顆粒可自由運移的空間較大，顆粒間幾乎不會相互干擾，細粒進入溢流的可能性交大；當入料濃度較大時，脫泥池內顆?？勺杂蛇\移的空間較小，顆粒間會相互影響，甚至碰撞，從而減小了細粒進入溢流的概率。

圖8 不同入料濃度下脫泥效率變化示意圖

4 結語

本文進行了煤樣的脫泥試驗，綜合分析了入料流量和入料濃度對脫泥特性的影響規律，得到主要結論如下。

1) 脫泥池溢流的粒度和脫泥效率均會隨著入料流量的增加而提高，同時脫去的高灰細泥的濃度卻在不斷減小，總體上，入料流量對粒度的影響較??；當高差為100 cm(入料流量為1 000 L/h)時，脫泥效果較好，同時分選成分較低，顧所選的入料流量宜為1 000 L/h。

2) 隨著入料濃度的增加，脫泥池溢流的粒度在緩慢升高，而脫去的高灰細泥的濃度和脫泥效率在降低，整體上入料濃度對這三個參數的影響效果不明顯，由此人為所選的入料質量濃度宜為60 g/L。